单级式光伏并网逆变系统中的最大功率点跟踪算法稳定性研究

摘要:单级式光伏并网逆变系统具有拓扑简单,成本较低的优点。但是这种系统中只存在一个能量变换环节,太阳能最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)、电网电压同步和输出电流正弦度等控制目标要求同时得到考虑,实现较为复杂。该文提出了一种改进的MPPT算法,在实现上述功能的同时,显著提高了单级式光伏并网逆变系统在光照强度快速变化时的稳定性。该算法的改进主要在于稳态情况下,调整光伏阵列工作点时根据增减方向分别选取合适的步长值;动态情况下,采用前馈方法检测光照强度突变过程,从而迅速改变并网系统运行状态以避免母线电压崩溃现象。基于PSIM仿真平台,对比了定步长MPPT算法和新算法,在阐述算法改进的基础上给出了仿真结果。实验室还建立了300Wp 的单级式光伏并网逆变系统,应用全数字化DSP 控制技术和改进MPPT算法,实现了系统的并网和可靠运行。仿真和实验结果表明,应用改进MPPT算法的单级式光伏并网逆变系统能够准确跟踪太阳能电池最大功率点,并具有较好的稳定性。
关键词:太阳能;光伏;并网;最大功率点跟踪

摘要:单级式光伏并网逆变系统具有拓扑简单,成本较低的优点。但是这种系统中只存在一个能量变换环节,太阳能最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)、电网电压同步和输出电流正弦度等控制目标要求同时得到考虑,实现较为复杂。该文提出了一种改进的MPPT算法,在实现上述功能的同时,显著提高了单级式光伏并网逆变系统在光照强度快速变化时的稳定性。该算法的改进主要在于稳态情况下,调整光伏阵列工作点时根据增减方向分别选取合适的步长值;动态情况下,采用前馈方法检测光照强度突变过程,从而迅速改变并网系统运行状态以避免母线电压崩溃现象。基于PSIM仿真平台,对比了定步长MPPT算法和新算法,在阐述算法改进的基础上给出了仿真结果。实验室还建立了300Wp 的单级式光伏并网逆变系统,应用全数字化DSP 控制技术和改进MPPT算法,实现了系统的并网和可靠运行。仿真和实验结果表明,应用改进MPPT算法的单级式光伏并网逆变系统能够准确跟踪太阳能电池最大功率点,并具有较好的稳定性。
关键词:太阳能;光伏;并网;最大功率点跟踪

引言
随着传统能源的日益枯竭,太阳能已经成为一种十分具有潜力的新能源,而光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一[1-7]。光伏发电系统可分为独立供电系统和并网系统两种。前者不与电网相连,一般使用蓄电池作为储能设备,白天将太阳能电池输出的电能储存起来,夜间直接向负载提供电力;后者可看作集中式或者分布式的太阳能电站。本文讨论的单级式光伏并网逆变系统属于后者。
在光伏发电系统中,主要的问题是如何提高太阳能电池工作效率,以及提高整个系统工作的稳定性[8-10]。由于单级式光伏并网逆变系统中只有一个能量变换环节,控制时既要考虑跟踪太阳能电池最大功率点,也要同时保证对电网输出电流的辐值和正弦度,控制较为复杂。目前实际应用的光伏并网系统采用这种拓扑结构的仍不多见。但随着现代电力电子技术以及数字信号处理技术的飞速发展,系统拓扑结构引起的控制困难正在逐渐被克服,单级式光伏逆变系统已成为国内外光伏领域的一个研究热点[11-12]。

 

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